Разработка детали "корпус"

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Анализ рабочего чертежа, служебного назначения детали. Отработка конструкции детали на технологичность

чертеж деталь корпус заготовка

Рабочий чертеж детали «Корпус» содержит все необходимые сведения, дающие полное представление о детали, то есть все проекции, разрезы, совершенно четко и однозначно объясняющие ее конфигурацию, и возможные способы получения заготовки. На чертеже указаны все размеры с необходимыми отклонениями, требуемая шероховатость обрабатываемых поверхностей, допускаемые отклонения от взаимного положения поверхностей, а именно:

1) габаритные размеры детали 100Ч75Ч110 мм;

2) точными являются размеры, указывающие расположение отверстий относительно поверхностей и относительно друг друга;

3) шероховатость поверхностей Ra 1,25 Ra 0,63; Rz 40;

4) материал детали СЧ20 ГОСТ 1412-85;

5) термообработка отсутствует;

6) покрытий нет.

Для полного представления пространственной формы детали на рисунке 1.1 показана ее САD-модель.

Рисунок 1.1 - CAD-модель детали «Корпус»

Служебное назначение корпусной детали

Корпусные детали машин представляют собой базовые детали, на которые устанавливают различные присоединяемые детали и сборочные единицы, точность относительного положения которых должна обеспечиваться как в статике, так и в процессе работы машины под нагрузкой. В соответствии с этим корпусные детали должны иметь требуемую точность, обладать необходимыми параметрами жесткости и виброустойчивости, что обеспечивает постоянство относительного положения соединяемых деталей и узлов, правильность работы механизмов и отсутствие вибраций.

Корпусные детали машин в общем случае можно разделить по группам. Детали, принадлежащие каждой из групп, имеют общность служебного назначения, что означает наличие совокупности одинаковых поверхностей и идентичное по форме конструктивное исполнение. Все это определяет особенности технологических решений, обеспечивающих достижение требуемых параметров точности при изготовлении деталей каждой из групп. Данный корпус подходит по описанию ко второй группе. Группа 2 - корпусные детали с гладкими внутренними цилиндрическими поверхностями, протяженность которых превышает их диаметральные размеры. К этой группе относятся блоки цилиндров, двигателей и компрессоров, корпуса различных цилиндров и гидрораспределителей, пневмо- и гидроаппаратура, а также корпуса задних бабок, обеспечивающие базирование выдвижной пиноли и заднего центра. В соответствии со служебным назначением к внутренним цилиндрическим поверхностям предъявляют повышенные требования по точности диаметральных размеров и точности формы. Эти цилиндрические поверхности обычно работают на изнашивание. Поэтому к ним предъявляют высокие требования по шероховатости и износостойкости.

Конструктивное исполнение корпусных деталей, применяемый материал и необходимые параметры точности определяют исходя из служебного назначения деталей, требований к работе механизмов и условий их эксплуатации. При этом учитывают также технологические факторы, связанные с возможностью получения требуемой конфигурации заготовки, возможностями механической обработки, и удобства сборки, которую начинают с базовой корпусной детали.

Для того, чтобы задать служебное назначение детали, необходимо разбить деталь на геометрические элементы и поверхности, провести их идентификацию.

На рисунке 1.2 проиллюстрирована 3D-модель, на которой обозначены геометрические элементы и поверхности.

Рисунок 1.2 - Разбиение детали на геометрические элементы и поверхности

Ниже в таблице 1.1 представлена идентификация модульных поверхностей (МП)

Таблица 1.1 - Идентификация МП

Наименование поверхности	Тип поверхности	Варианты маршрутов обработки
Плоскость 1; Б12	Основная база - установочная	1. Черновое фрезерование 2 Получистовое фрезерование 3 Чистовое фрезерование
Плоскость 2; Б12	Основная база - направляющая
Плоскость 4; Б12	Основная база - опорная	1. Черновое фрезерование
Цилиндрическое отверстие 1; Б311	Вспомогательная база - двойная направляющая	1. Черновое расфрезеровывание 2. Получистовое растачивание 3. Чистовое растачивание 4. отделочное растачивание
Цилиндрическое отверстие 2; Б311
Цилиндрическое отверстие 3; С121	Связующая внутренняя цилиндрическая поверхность	1. Черновое расфрезеровывание
Цилиндрическая поверхность 7; С122	Связующая внешняя цилиндрическая поверхность	Не обрабатывается.

Базирующим модулям Б12, Б211, Б311 соответствуют ответные им по конструктивному оформлению и характеристикам базирующие модули Б11, Б212, Б312.

Проведя анализ выше описанного, можно самостоятельно задать служебное назначение детали.

Чтобы представить изделие множеством МП и МС, его следует рассматривать как конструкцию, представляющую собой, в общем случае, совокупность сборочных единиц и деталей, обезличенных по своему функциональному назначению, где каждая деталь - это подмножество МП, а положение любой сборочной единицы, детали достигается с помощью соответствующих МС.

Рисунок 1.4 - Служебное назначение корпуса



Рисунок 1.5 - Служебное назначение корпуса

2. Анализ технологичности конструкции детали

Корпус имеет точное отверстие Ш40Н7 (+0,025) длиной 110 мм с шероховатостью Ra 1,25, что нетехнологично и потребует много времени и средств для его получения. Назначение детали позволяет нам изменить требования к части отверстия, задав:

· Ш40Н7 (+0,025) с шероховатостью Ra 1,25 на длине 14,5Н14;

· Ш45Н16 (+1,6) с шероховатостью Rz 100 на длине 81Н14;

· Ш40Н7 (+0,025) с шероховатостью Ra 1,25 на длине 14,5Н14.

Расположение двух резьбовых отверстий M10-G6 задается от основных конструкторских баз, более технологично задать их расположение размерами от главного вспомогательного отверстия Ш40Н7 (+0,025) размерами 20Js10 b 27,5Js10 соответственно.

Шероховатость некоторых поверхностей была заменена на менее низкую для большей технологичности, по согласованию с руководителем.

Были добавлены следующие размеры:

· Отклонение от плоскостности для установочной конструкторской базы

· Отклонение от перпендикулярности для направляющей и опорной конструкторской базы относительно установочной конструкторской базы

· Соосность противоположных отверстий Ш40Н7 (+0,025)

Материал детали СЧ 20 ГОСТ 1412-85 исходя из габаритов, служебного назначения корпуса и низкой стоимости оставлен без изменений. К тому же данный материал легко обрабатывается резанием, что оптимально для корпусной детали.

При обработке детали используется только лезвийный универсальный режущий инструмент, что является экономически выгодным.

Геометрическая форма детали позволяет обработать все поверхности с двух установов.

Обрабатываемые поверхности располагаются в доступных для обработки плоскостях, которые могут быть обращены к шпинделю при последовательном повороте стола с заготовкой на определенный угол.

Конструкция детали обеспечивает удобное закрепление заготовки в приспособлении. Зажимные элементы обеспечивают доступ для обработки всех поверхностей детали, высокую жесткость системы заготовка-приспособление.

Конструкция детали обеспечивает универсальность форм и размеров обрабатываемых элементов, что позволяет обрабатывать их минимальным числом инструментов и с использованием типовых подпрограмм. Это все говорит о том, что деталь является технологичной.

3. Определение типа производства

В соответствии с заданием преподавателя будем рассматривать единичное и мелкосерийное производство.

4. Выбор метода получения исходной заготовки. оформление эскиза заготовки

Для корпусной детали в качестве способа получения заготовки можно использовать литье, либо штамповку. Штамповку экономически целесообразнее использовать в крупносерийном и массовом производстве, т.к. штамп сам по себе достаточно дорогой. Заготовки корпусных деталей в большинстве случаев (90-95%) получают литьем, реже применяют сварные конструкции. Литые заготовки получают литьем в землю, оболочковые формы и кокиль, для мелких деталей используют литье по выплавляемым моделям. Но на окончательный выбор способа получения заготовки влияет множество факторов, таких как: конструкция детали, материал и его стоимость, служебное назначение, технические требования, расход материала и т.д.

Для данного случая остановимся на машинной формовке заготовок отливаемых в песчаные формы с применением формовочным стержней. Во-первых, производство данных корпусных деталей является мелкосерийным. Серийным называется такое производство, при котором изготовление изделий производиться партиями или сериями, состоящих из одноименных, однотипных по конструкции и одинаковых по размерам изделий, запускаемые в производство одновременно. Основным принципом этого вида производства является изготовление всей партии (серии) целиком. Во-вторых, заготовка будет недорогостоящей.

Традиционно заготовки корпусных деталей изготавливают литьем по выплавляемым моделям. Для получения внутренних отверстий используют формовочные стержни. Таким образом, для получения отливки нужны две металлические пресс-формы, либо оболочковые: модельная и стержневая. С целью сокращения в несколько раз сроков и материальных затрат на технологическую подготовку производства новых изделий. А также для оперативного и с незначительными затратами изменения в опытные конструкции деталей изделий до начала их серийного производства. Используют следующую технологию: разработка в CAD/CAM системах компьютерной мастер-модели корпуса и стержня, а затем по компьютерным моделям выращивают физические модели на установках LOM. LOM-технология основана на выжигании лучом лазера излишнего материала из тонкого листа ламинированной пластиком бумаги, пластика, металлической фольги и т.д. Схема работы LOM-установки показана на рисунке 4.1:

Рисунок 4.1 - Схема работы LOM установки

Мы остановимся на методе получения исходной заготовки в песчаные формы с применением LOM - технологий.

3D модель заготовки корпусной детали представлена на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2 - 3D модель заготовки

На рисунке 4.3 представлен эскиз заготовки



Рисунок 4.3 - Эскиз заготовки

5. Выбор оборудования. конструктивные особенности и технологические возможности многоцелевых станков с ЧПУ сверлильно-фрезерной расточной группы

Эффективным средством повышения производительности является автоматизация и механизация технологических и вспомогательных процессов. В решении этих задач основную роль играют станки с ЧПУ и многоцелевые станки. Высокопроизводительные многоцелевые станки, осуществляющие по программе автоматическую замену заготовок и режущий инструмент, позволяют с одной установки практически полностью обработать деталь. Наличие на станках многоинструментальных магазинов с широким набором режущего инструмента дает возможность выполнять различные технологические переходы.

Для изготовления корпусных деталей в условиях серийного производства наиболее рационально применять станки сверлильно-фрезерно-расточной группы (СФР). Для изготовления детали «Корпус» необходимо два четырехкоординатных станка.

Выбор производим, учитывая следующие требования:

1) типоразмер оборудования должен обеспечить возможность обработки данной детали на выбранном оборудовании;

2) технологические возможности оборудования, должны обеспечить заданную в чертеже точность и шероховатость;

3) емкость инструментального магазина, должна вмещать весь необходимый инструмент для обработки всех поверхностей данной детали;

4) производительность, мощность, жесткость привода, время на вспомогательные операции;

5) степень автоматизации.

На основании изложенных требований произведем сравнительный анализ трех многоцелевых станков сверлильно-фрезерно-расточной группы ИС630 (производитель Ивановский завод тяжелого станкостроения, г. Иваново, РФ); ИР 320ПМФ4 (производитель Завод расточных станков, г. Иваново, РФ) HEC 400 D (производитель STARRAGHECKERT, Германия). И выберем из них, наиболее удовлетворяющий, выше приведенным требованиям.

1. По типоразмеру (размер стола или паллеты). Поскольку корпус имеет маленькие размеры 200Ч160 мм, то паллета должна быть также небольшой:

ИС630 (630х630)

ИР320ПМФ4 (320х320),

HEC 400 D (400х400).

2. Габариты станков и вес.

ИС630 (6000х4200х3640, 16000 кг),

ИР320ПМФ4 (3840х2300х2507, 8000 кг.),

HEC 400 D (5700х2700х2870, 11975 кг.).

Для небольшой детали нужен небольшой станок, так как стоимость большого станка значительно выше, следовательно, больше амортизационные отчисления, мощность приводов требуется большая, поэтому перемещать нужно массивные части станка. Значит, появляются необоснованные затраты на электроэнергию, станок с большими габаритами имеет скорости перемещения частей меньше, чем при малых габаритах и точность позиционирования меньше.

В нашем случае, ввиду морального устаревания ИР320ПМФ4, несмотря на его наименьшие габариты среди рассматриваемых станков, скорость перемещения частей ниже, как и многие другие показатели рассмотренные далее.

Недостаток больших станков в том, что они занимают большую производственную площадь.

3. Технологические возможности. На приведенных станках ведутся все виды фрезерных работ, растачивание и нарезание резьбы. Точность позиционирования инструмента на ИС630, ИР320ПМФ4 = ±0,01 мм, на HEC 400 D = 0,007 мм соответственно.

Следует обратить внимание на емкость инструментального магазина и время смены инструмента («от реза до реза»), за счет сокращения которого время обработки уменьшается:

ИС630 (инструментов - 60, t=6с),

ИР320ПМФ4 (инструментов - 36, t=14с),

HEC 400 D (инструментов - 60 (80), t=2,8-3,0с),

4. Скоростные и силовые характеристики. Они определяют производительность обработки на станке.

Скорость быстрого перемещения:

ИС630 - 60 м/мин

ИР320ПМФ4 - 12 м/мин

HEC 400 D - 7 (12) м/сек²

Мощность главного привода:

ИС630 (ПВ100%) - 24 кВт

ИР320ПМФ4 - 7,5…11 кВт

HEC 400 D (ПВ40%) - 31 (37; 50; 66) кВт

Пределы частот вращения:

ИС630 - до 15000 об/мин

ИР320ПМФ4 - 13…5000 об/мин

HEC 400 D - 10000 (15000) об/мин

5. Степень автоматизации и механизации выполнения технологических и вспомогательных переходов. Эти станки имеют автоматизированный рабочий цикл.

6. Возможность встраивания в систему более высокого уровня. В данном случае, системой более высокого уровня будет автоматизированный участок. Станки ИС630; ИР320ПМФ4; HEC 400 D подходят для встраивания в гибкий автоматизированный участок.

7. Гибкость и универсальность. Современные многоцелевые станки сочетают в себе высокую степень автоматизации, производительность, гибкость. Их можно переналадить на обработку других деталей просто заменой программы ЧПУ.

8. Стоимость оборудования. Стоимость должна быть сопоставима с качеством, документация и комплектация должна быть полная, необходимо наличие выполнения в комплекте норм безопасности при обработке на станке.

Исходя из рассмотренных критериев, наиболее оптимальным вариантом является станок HEC 400 D (более подробная информация о характеристиках сравниваемых станков приведена в Приложении Б)

Описание горизонтально обрабатывающего центра HEC 400 D

Новый модельный ряд малогабаритных высоко динамичных горизонтальных обрабатывающих центров HEC 400 D ориентирован на получение максимального экономического эффекта. Уже в стандартной комплектации акцент сделан на существенное снижение непроизводительного вспомогательного времени за счет повышения динамических характеристик и улучшения термической стабильности. Повышение динамичности процессов смены инструмента и смены детали увеличивает производительность, особенно при обработке легких сплавов. Но и для обработки стали и чугуна были найдены эффективные решения. В соответствии с конкретными задачами обработки поставляются три варианта исполнения:

* HEC 400 D - для обработки легких сплавов, стали и чугуна, скорость быстрых перемещений - 60 м/мин., ускорение - 7 м/с², максимальная частота вращения - 10000 об./мин. (опция - 15000 об./мин.);

* HEC 400 D Dynamik - специально для обработки легких сплавов, скорость быстрых перемещений - 100 м/мин., ускорение - 12 м/с², максимальная частота вращения - 15000 об./мин. (опция - 24000 об./мин.);

* HEC 400 D Power - для силовой обработки с повышенной мощностью и усиленной жесткостью станка скорость быстрых перемещений - 60 м/мин., ускорение - 7 м/с², максимальная частота вращения - 10000 об./мин.

На рисунке 5.1 продемонстрирован горизонтально обрабатывающий центр HEC 400 D.

Рисунок 5.1 - HEC 400 D

К новшествам также относятся инновационное управление инструментом, оптимальные условия для обработки с минимальным количеством СОЖ и компактная термосимметричная компоновка станка.

Компактная конструкция станка является условием для комплектной транспортировки и установки его без фундамента. Благодаря этому оборудование практически сразу готово к работе, так как до минимума сведены затраты на транспортировку, на подготовку фундамента, на монтажные и пусконаладочные работы. Основой для высокой статической и динамической жесткости станка является его станина, выполненная из полимер-гранита (минеральное литье). Все основные узлы станка имеют хорошие виброгасящие свойства и малые тепловые расширения, что является одним из решающих факторов для динамически устойчивой обработки с высокой мощностью. Высоким скоростям перемещений и ускорений оптимально соответствует облегченная стойка станка.

Малое время регулирования и позиционирования, а также максимальные скорости быстрых перемещений реализуются цифровыми приводами подач высокой мощности и усиленными шариковинтовыми передачами с предварительным натягом, установленными на всех линейных осях. Достигаемые при этом скорости быстрых перемещений до 100 м/мин. и ускорения до 12 м/с2 значительно снижают непроизводительное вспомогательное время.

Исполнение рабочей зоны способствует немедленному и прямому отводу большого количества стружки в широкий стружечный транспортер. Этому благоприятствуют также расположенные в рабочей зоне наклонные кожуха. Применение неподвижных защитных кожухов, вместо телескопических, снижает затраты на эксплуатационное обслуживание и одновременно повышает надежность.

На всех линейных осях установлены высокоточные профильные направляющие качения с танкетками, имеющими предварительный натяг и комплексную защиту от загрязнений. Измерение перемещений по всем осям осуществляется инкрементальными системами прямого измерения. Эти системы заключены в кожуха, в которые подается сжатый воздух для защиты от загрязнений.

Исполнение рабочего шпинделя полностью соответствует конкретным задачам обработки. Частота вращения до 10000 об./мин. и мощность до 31 кВт или до 37 кВт реализуются двигателем с полым валом. Обычно они используются в моделях станков для обработки легких сплавов, чугуна, стали и силового резания. Для увеличения частоты вращения до 15000, 20000 и 24000 об./мин. применяются мотор-шпиндели.

Для обработки легких сплавов нормальное исполнение предусматривает применение мотор-шпинделя с частотой вращения 15000 об./мин.

Все шпиндели имеют приемное гнездо для инструмента с конусом с полым валом HSK-A63 с внутренним охлаждением и обеспечивают высокую скорость резания с малым усилием резания. Зажим инструмента в шпинделе выполняется пакетом тарельчатых пружин, разжим - посредством гидравлического цилиндра. Обработка возможна как с минимальным количеством СОЖ, так и с подачей СОЖ через расположенные вокруг шпинделя сопла.

Для размещения инструментов в соответствии с конкретными задачами обработки имеются оправдавшие себя цепные и многорядные цепные инструментальные магазины. В цепных магазинах можно разместить 60 или 80 инструментов диаметром до 160 мм и длиной до 350 мм. Высокая окружная скорость цепи магазина, расположение инструментов в магазине параллельно шпинделю и оптимизированный процесс смены инструмента, выполняемый двойным захватом, обеспечивают минимальное время «от стружки до стружки» в диапазоне от 2,8 до 3,0 секунд в зависимости от скорости быстрого перемещения. Эта быстрая и стабильно работающая система смены инструмента значительно сокращает вспомогательное время.

Отличные условия для многосторонней обработки обеспечивает программно управляемый поворотный стол с прямым приводом и дискретностью задания 0,001°.

Обрабатывающие центры модельного ряда HEC 400 D управляются системой ЧПУ Sinumerik 840 D (в качестве опции - Fanuc 31i). Системы ЧПУ вместе с цифровыми приводами обеспечивают высокую производительность, точность обработки и стабильность процесса.

Разнообразные дополнительные опции расширяют возможности оборудования и повышают эффективность программирования.

Для системы «станок-инструмент-деталь» предлагаются также многочисленные контрольно-измерительные устройства. Эти модули повышают технологическую надежность оборудования и удобство обслуживания.

Выбор режущего инструмента и оснастки

Для обработки нашей корпусной детали, мы решили остановить свое внимание на марке режущего инструмента Sandvik.

Также мы воспользуемся модульной оснасткой Coromont Capto, применение которой дает следующее:

· Обеспечит достаточную технологическую гибкость инструментальной оснастки, чтобы можно было быстро составлять разнообразные наладки различной длины, тем самым обеспечивая наибольшую производительность.

· Позволит оснастить несколько станков с различными по типу и размеру концами шпинделей.

Модульная оснастка Coromant Capto позволяет значительно сократить номенклатуру вспомогательного инструмента за счет применения одних и тех же инструментов на различных операциях, как на токарных станках, так на обрабатывающих центрах.

На выбранном нами станке установлен шпиндель типа HSK 63-A. Применяя базовый держатель мы сможем использовать модульную систему описанную выше, что позволит нам получить возможность использования широкого ассортимента инструмента Coromant Capto.



Рисунок 5.2.1 - Выбор базового держателя

Остановимся на С5-390.410-63 090С.

Выбор режущего инструмента для сверления и резьбонарезания

Для выбора инструмента воспользуемся каталогом фирмы Sandvik. Ниже на рисунках представлен ход выбора инструмента

Для обработки отверстия на длину 27,5 мм выберем сверло CoroDrill Delta - C R842 на рисунке 5.2.1.1 представлен ход выбора.

Рисунок 5.2.1.1 - Выбор сверла

Выбор патрона для сверла, который в свою очередь будет устанавливаться на базовый держатель представлен на рисунке 5.2.1.2.



Рисунок 5.2.1.2 - Выбор патрона для сверла

Остановим свой выбор на С5-391.19-16.

Для обработки цилиндрического отверстия с образованием фаски и последующего нарезания резьбы M10-G6 выберем соответствующее сверло и резьбонарезную фрезу.

На рисунке 5.2.1.3 представлен выбор сверла

Рисунок 5.2.1.3 - Выбор сверла

Выбор патрона для сверла, который в свою очередь будет устанавливаться на базовый держатель представлен на рисунке 5.2.1.4

Рисунок 5.2.1.4 - Выбор патрона для сверла

Остановим свой выбор на С5-391.CGA-20 074A

Для обработки резьбы М10-6G нам подходит R217.14C075150AK21N

Выбор режущего инструмента для фрезерной обработки и оснастки для него.

Для чернового торцевого фрезерования целесообразно выбрать корпус фрезы с крупным шагом (позволит снизить необходимую мощность станка и силы резания), пластины не шлифованные (режущая кромка снабжена защитной фаской, что придает ей дополнительную прочность при обработке с большой глубиной резания и подачей).

Для получистового фрезерования имеет смысл выбрать корпус фрезы с нормальным шагом, а пластину нешлифованную.

Для чистового фрезерования целесообразно выбрать корпус фрезы с малым шагом, а пластины шлифованные (с высокой точностью и остротой режущей кромки)

Выбираем корпус учитывая, что площадь обрабатываемой детали должна быть больше площади фрезы:

· Для чернового фрезерования R245-050Q22-12L

· Для получистового R245-050Q22-12M

· Для чистового фрезерования R245-050Q22-12H

Выбираем режущую пластину учитывая рекомендация производителей:

· Для черновой обработки R245-12T3 M-KH

· Для получистовой обработки R245-12T3 M-KM

· Для чистовой обработки R245-12T3 E-KL

Для обработки прямоугольного уступа выберем корпус фрезы и соответствующие пластины.

Исходя их размеров обрабатываемой поверхности выбираем единный корпус концевой фрезы R390-025A25L-17L.

Учитывая рекомендации производителя, выберем:

· Для черновой и получистовой обработки R390-17 04 04M-KM

· Для чистовой и отделочной обработки R390-17 04 08M-KL

Также можно выбрать из рисунка 5.2.1 базовый держатель HSK 63-A. Как и в предыдущем случае выбираем С5-390.410-63 090С.

Учитывая рекомендации производителя выбираем RCKT10.T3.VO-KH.

Размещено на Allbest.ru